[01822390]变速恒频风力发电关键控制技术研究

目前,风力发电领域研究的重点和难点集中在风电机组大型化、先进控制策略和优化技术等方面。本文针对风力发电机组的控制问题展开研究,取得的主要研究成果如下： （1）. 以风速为研究对象,分析风速的特性,变化规律,实现对随机风速的短期预测。分析了应用于短期风速预测的几种预测方法,详细阐述了时间序列差分自回归移动平均ARMA模型、最小二乘支持向量机LS-SVM模型和小波分解与重构技术在这一领域的应用。采用小波变换对风速数据进行分频处理,运用最小二乘支持向量机预测方法对小波分解后的高频数据进行预测;运用时间序列预测法对小波分解后的低频数据进行预测,最后采用小波重构高频和低频的预测结果。编制程序,验证所提混合预测算法的可行性和有效性。 （2）. 分析了变速恒频风力发电的优点以及双馈感应电机作为变速恒频发电机运行时的工作原理。在讨论双馈感应电机等效电路和数学模型的基础上,构建了基于定子磁链定向的定子无功功率的独立解耦控制和转子侧最大风能捕获的转速控制策略。针对双馈感应发电机转子能量流动的特殊性,研究设计了具有能量双向流动功能的双PWM变换器,给出了其网侧变换器的数学模型,重点讨论基于电网电压定向矢量控制技术的网侧变换器的控制方法,以期实现网侧变换器直流环节电压稳定性的控制。 （3）. 从分析风力机特性出发,介绍了风力机的运行特性及其实现最大风能捕获的风电系统控制方法,确定了采用双馈感应发电机的定子有功功率控制来实现最大风能追踪的控制方案,并给出了基于最大风能追踪的定子参考功率的计算方法。在仿真研究中,建立了风力机的仿真模型,并在此基础上构建了变速恒频双馈风力发电系统的整体仿真模型,实现了不同风速函数下的最大风能追踪控制的运行仿真,仿真结果验证了本文理论研究的正确性。 （4）. 从理论上计算了一定风速下风力机捕获的最大风能数值。仿真分析了风力机响应时延和控制系统时延延时时间以及时延对风力发电机组最大风能捕获的影响。讨论了随机风速下基于预测的最大风能捕获控制系统捕获风能的有效性。 （5）. 提出了一种新的最大功率点跟踪控制策略。该策略根据双馈电机数学模型和功率关系来计算发电系统向电网输送的净电能,使其达到最大值,即使在发电系统长期运行后,风力机的最佳性能曲线发生了改变,本控制策略仍然能确保发电效率最高。 （6）根据上述研究成果,研制了一套变速恒频风力发电实验系统,对基于短期风速预测的最大风能捕获技术进行了实验。 （7）本课题在研期间,发表学术论文12篇,其中EI收录7篇,重要期刊3篇,核心期刊2篇。申请专利3项。